实验探究碰撞中动量的变化规律

实验探究碰撞中动量的变化规律第1页，共26页，2023年，2月20日，星期六[目标定位]

1.明确探究物体碰撞中动量变化规律的基本思路.2.掌握直线运动物体速度的测量方法．第2页，共26页，2023年，2月20日，星期六猜想与假设

为了使问题简化，这里研究两个物体的碰撞，且碰撞前两物体沿同一直线运动，碰撞后仍沿这一直线运动．

设两个物体的质量分别为m1、m2，碰撞前的速度分别为v1、v2，碰撞后的速度分别为v1′、v2′，如果速度与我们规定的正方向相同取正值，相反取负值．

根据实验求出两物体碰前动量p＝m1v1＋m2v2，碰后动量p′＝m1v1′＋m2v2′，看p与p′是否相等，从而验证动量守恒定律．第3页，共26页，2023年，2月20日，星期六实验设计

实验设计需要考虑的问题： (1)如何保证碰撞前后两物体速度在一条直线上． (2)如何测定碰撞前、后两物体的速度．

实验案例气垫导轨上的实验

气垫导轨、气泵、光电计时器、天平等．

气垫导轨装置如图1所示，由导轨、滑块、挡光片、光电门等组成，在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔，向导轨空腔内不断通入压缩空气，压缩空气会从小孔中喷出，使滑块稳定地漂浮在导轨上(如图2所示，图中气垫层的厚度放大了很多倍)，这样大大减小了由

摩擦产生的影响．第4页，共26页，2023年，2月20日，星期六

图1(1)质量的测量：用______测量．(2)速度的测量：用___________测量．

图2天平光电计时器第5页，共26页，2023年，2月20日，星期六实验步骤

1．如图2所示调节气垫导轨，使其水平．是否水平可按如下方法检查：打开气泵后，导轨上的滑块应该能保持静止．2．按说明书连接好数字计时器与光电门．3．如图3所示，把中间夹有弯形弹簧片的两滑块置于光电门中间保持静止，烧断拴弹簧片的细线，测出两滑块的质量和速度，将实验结果记入设计好的表格中．第6页，共26页，2023年，2月20日，星期六图3第7页，共26页，2023年，2月20日，星期六4．如图4所示，在滑块上安装好弹性碰撞架．将两滑块从左、右以适当的速度经过光电门后在两光电门中间发生碰撞，碰撞后分别沿各自碰撞前相反的方向运动再次经过光电门，光电计时器分别测出两滑块碰撞前后的速度．测出它们的质量后，将实验结果记入相应表格中．图4第8页，共26页，2023年，2月20日，星期六5.如图5所示，在滑块上安装好撞针及橡皮泥，将装有橡皮泥的滑块停在两光电门之间，装有撞针的滑块从一侧经过光电门后两滑块碰撞，一起运动经过另一光电门，测出两滑块的质量和速度，将实验结果记入相应表格中．图5第9页，共26页，2023年，2月20日，星期六6．根据上述各次碰撞的实验数据寻找物体碰撞中动量变化的规律．

气垫导轨实验数据记录表

实验结论：碰撞前后两滑块的动量之和保持不变．碰撞(烧断)前碰撞(烧断)后质量m(kg)m1m2m1m2速度v(m·s－1)v1v2v1′v2′mv(kg·m·s－1)m1v1＋m2v2m1v1′＋m2v2′结论第10页，共26页，2023年，2月20日，星期六典例分析【例1】

(2014·课标Ⅱ)现利用图6(a)所示的装置验证动量守恒定律．在图(a)中，气垫导轨上有A、B两个滑块，滑块A右侧带有一弹簧片，左侧与打点计时器(图中未画出)的纸带相连；滑块B左侧也带有一弹簧片，上面固定一遮光片，光电计时器(未完全画出)可以记录遮光片通过光电门的时间．第11页，共26页，2023年，2月20日，星期六

图6

实验测得滑块A的质量m1＝0.310kg，滑块B的质量m2＝0.108kg，遮光片的宽度d＝1.00cm；打点计时器所用交流电的频率f＝50.0Hz.

将光电门固定在滑块B的右侧，启动打点计时器，给滑块A一向右的初速度，使它与B相碰．碰后光电计时器显示的时间为ΔtB＝3.500ms，碰撞前后打出的纸带如

图(b)所示．第12页，共26页，2023年，2月20日，星期六第13页，共26页，2023年，2月20日，星期六第14页，共26页，2023年，2月20日，星期六第15页，共26页，2023年，2月20日，星期六【例2】某同学利用气垫导轨做“探究碰撞中的动量变化规律”的实验，气垫导轨装置如图7所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架、光电门等组成．

图7 (1)下面是实验的主要步骤： ①安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；

②向气垫导轨通入压缩空气；第16页，共26页，2023年，2月20日，星期六③接通光电计时器；④把滑块2静止放在气垫导轨的中间；⑤滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；⑥释放滑块1，滑块1通过光电门1后与左侧固定弹簧的滑块2碰撞，碰后滑块1和滑块2依次通过光电门2，两滑块通过光电门后依次被制动；⑦读出滑块通过两个光电门的挡光时间分别为滑块1通过光电门1的挡光时间Δt1＝10.01ms，通过光电门2的挡光时间Δt2＝49.99ms，滑块2通过光电门2的挡光时间Δt3＝8.35ms；第17页，共26页，2023年，2月20日，星期六⑧测出挡光片的宽度d＝5mm，测得滑块1(包括撞针)的质量为m1＝300g，滑块2(包括弹簧)质量为m2＝200g；(2)数据处理与实验结论：①实验中气垫导轨的作用是：A._________________________________________________，B．__________________________．②碰撞前滑块1的速度v1为________m/s；碰撞后滑块1的速度v2为________m/s；滑块2的速度v3为________m/s；(结果保留两位有效数字)③在误差允许的范围内，通过本实验，同学们可以探究出碰撞前后系统的总动量和总动能如何变化？通过对实验数据的分析说明理由．第18页，共26页，2023年，2月20日，星期六a．____________________；b.____________________．答案

①A.大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差．B．保证两个滑块的碰撞是一维的．②0.50

0.10

0.60③a.系统碰撞前、后质量与速度的乘积之和不变b．碰撞前后总动能不变第19页，共26页，2023年，2月20日，星期六第20页，共26页，2023年，2月20日，星期六第21页，共26页，2023年，2月20日，星期六【例3】

(2014·松原高二检测)某同学设计了一个用打点计时器做“探究碰撞中动量变化规律”的实验：在小车A的前端粘有橡皮泥，推动小车A使之做匀速运动，然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体，继续做匀速运动．他设计的实验具体装置如图8所示，在小车A后连着纸带，电磁打点计时器使用的电源频率为50Hz，长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力．

图8第22页，共26页，2023年，2月20日，星期六 (1)若实验已得到的打点纸带如图9所示，并测得各计数点间距(标在图上)，则应该选________段来计算A的碰撞前速度；应选________段来计算A和B碰后的共同速度(选填“AB”、“BC”、“CD”或“DE”)．

图9第23页，共26页，2023年，2月20日，星期六 (2)已测得小车A的质量mA＝0.40kg，小车B的质量mB＝0.20kg.由以上测量结果可得：碰前mAvA＝________kg·m/s；碰后：(mA＋mB)v共＝________kg·m/s.

由此得出结论是_______________________________________________． (本题计算结果均保留三位有效数字)

答案

(1)BC

DE

(2)0.420

0.417结论见解析

解析

(1)小车碰前做匀速直线运动，打